作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 双极液相色谱微粒、实验和理论预测
聚合双极性液晶微粒的代表性(甲)明场和(乙)偏振光显微照片(双箭头表示偏振器的取向)
(三)说明(一)和(二)中微粒的内部排序
在有探针聚苯乙烯胶体但没有添加氯化钠的情况下，聚合的双极微粒的荧光显微照片，以及在有探针胶体和10毫摩尔氯化钠水溶液的情况下的荧光显微照片
橙色方框突出显示了四种聚焦吸附探针胶体的位置
(插图:彩色荧光显微照片的查找表(LUT)(图片1，“联合杰克”)
微粒表面区域，用于对聚合双极微粒表面上的探针胶体位置进行分类
蓝条:测量探针胶体的标准化表面密度，以吸附到聚合双极微粒的表面上
双极微粒数据是根据11个独立实验计算的，84个聚合液晶微粒和952个探针胶体吸附在这些微粒的表面上
误差条是84个微粒平均值的95%置信区间
(星形和圆形)双极微粒表面吸附胶体密度的理论预测，带有指示的切向锚定强度
显微照片上的白色单箭头表示表面缺陷的位置
比例尺，15微米(λex = 505纳米，λem = 515纳米)
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
abb1327 设计不对称范德瓦尔斯相互作用的通用方法可以通过自下而上的工程过程扩展材料开发的调色板
在一项新的研究中，H
A
福斯特和威斯康辛大学麦迪逊分校和美国纽约康奈尔大学的化学和生物工程及数学研究小组
S
，演示了液晶聚合来编程范德瓦尔斯相互作用
他们使用动力学控制的探针胶体吸附过程进行了实验，并进行了补充计算，以表明液相色谱排序可以对微粒表面的范德瓦尔斯相互作用进行编程
他们通过限制来设计不同的液相色谱配置，以提供新的想法来设计范德瓦尔斯相互作用，来组装软物质
研究结果现已发表在《科学进展》杂志上
粒子组装成团簇和网络是形成不同形式软物质的基础，包括泡沫、乳液和薄膜涂层
虽然过去的大多数研究都集中在通过粒子间相互作用形成的材料上，但最近的研究已经转向通过自下而上的粒子组装来设计软材料，这些粒子编码各向异性的粒子间相互作用
范德瓦尔斯相互作用在所有的微粒系统中都是普遍存在的，并且代表了另一种有希望的方法来对软物质的组装进行编程
在这篇报告中，Fuster等人探索了一种基于从液晶合成聚合物微粒来控制微粒系统中范德瓦尔斯相互作用对称性的方法
他们描述了组成均匀的球形聚合物微粒如何具有明确的取向顺序模式，以编码具有复杂对称性的范德瓦尔斯相互作用
控制限制在微尺度范围内的液晶
微粒的荧光显微镜表征
带有吸附的探针胶体的双极(顶行)和径向(底行)微粒的彩色荧光显微照片
通过在z方向上移动显微镜的焦平面获得图像行
白色箭头表示双极微粒表面缺陷的位置
橙色方框表示探针胶体在图像平面中聚焦时的位置
双极微粒的直径为38米，径向微粒的直径为28米
(插图)LUT用于颜色转换(图像J，“联合插孔”)
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
abb1327 该团队聚合了以水包油乳液形式制备的液晶微滴，以展示内部取向顺序如何调节微粒表面范德瓦尔斯相互作用的空间变化
他们用微米级的聚苯乙烯胶体来探测这些相互作用
范德瓦尔斯相互作用统称为偶极-偶极(基索姆)、偶极诱导偶极(基索姆)、偶极诱导偶极(德拜)和瞬时偶极诱导偶极(伦敦)相互作用
通过介电响应函数相对于构成材料的低频和高频分量，可以使用李夫希茨理论来计算相互作用
Fuster等人利用液晶合成了具有所需内部取向顺序的微粒，并利用这种内部结构对范德瓦尔斯相互作用的可预测空间模式进行了复杂的编程
结果和计算显示了液晶显示器是如何为范德瓦尔斯相互作用编程的通用方法提供基础的，类似于材料科学中传统的自下而上的组装过程
先前的研究已经报道了微液滴中液晶的非常多样的排列，包括由有机相和水相形成的手性和非手性液晶
在这项工作中，研究小组首先研究了通过几种不同的化学混合物形成的非手性液晶，其中化合物具有各向异性的介电响应函数
研究小组随后将液相色谱混合物分散到甘油中，形成具有双极构型的微米级液相色谱液滴
聚合微粒保留了光聚合后形成它们的液晶微滴的双极构型，如明场和偏振光显微照片所证实的
然后，科学家们通过可逆地将聚苯乙烯探针胶体(直径1米)吸附在这种微粒表面，绘制出聚合双极微粒表面上范德瓦尔斯相互作用的空间变化
研究探针胶体和微粒之间的范德瓦尔斯相互作用
径向液晶和各向同性微粒及其表征
聚合径向液晶(甲和乙)和各向同性(丁和戊)微粒的代表性(甲和丁)明场和(乙和戊)偏振光显微照片(双箭头表示偏振器的取向)
(丙)和(己)分别为(甲)和(乙)以及(丁)和(戊)中微粒的内部排序的图解
(格)条:吸附在聚合径向液晶(橙色)和各向同性(灰色)微粒表面的聚苯乙烯探针胶体的归一化表面密度
径向微粒数据由12个独立实验计算得到，132个聚合液晶微粒和503个吸附探针胶体
各向同性微粒数据由20个独立实验计算得到，其中179个是聚合微粒，521个是吸附探针胶体
误差条是132个径向液相色谱和179个各向同性微粒平均值的95%置信区间
水平虚线对应于所有表面区域的均匀吸附密度
比例尺，15微米
学分:科学进步，doi: 10
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abb1327 他们解释了与探针胶体和液相色谱微粒之间的范德瓦尔斯相互作用相关的实验观察
例如，研究小组量化了在盐水存在下吸附在双极微粒表面的探针胶体的分布，在动力学控制的聚集过程中，该数量随时间增加
对于对照实验，他们使用在径向结构中聚合的液晶微粒重复该方法
基于这些结果，Fuster等人假设双极微粒上探针胶体的图案化源于通过双极微粒内分子的定向排序编码的范德瓦尔斯相互作用
他们通过计算支持了这一假设，指出微粒中液晶的取向可以用来编码范德瓦尔斯相互作用中足够大的ge变化，从而允许软物质系统的直接自下而上组装
双极液晶微粒内部有序和吸引相互作用能的理论预测
双极性液晶微粒的x-z平面上的指向矢分布，数值计算的切向表面锚定能为64
5微牛顿/米(安)，6
2 μN/m (B)，和0
6微牛顿/米(摄氏度)
(丁和戊)吸引力相互作用能量计算公式
1在研究中通过(实线)将双极微粒的总体积元素与中间体(W = 6
2 μN/m)切向锚定或通过(虚线)在最接近探针胶体的表面近似液相色谱排序，作为整个体积的代表，在不同入射角(β)下，在3纳米的表面-表面间距D下，以及在电极上方的不同表面-表面间距(β = 0 ) (E)下
插图:显示入射角β的插图
插图:显示探针胶体位置的插图，因为表面到表面的分离是变化的
(6)计算出的平均指向矢角αeff，由探针胶体取样，作为β和双极微粒表面10纳米间距的函数
(实线)显示了表面锚定能为64的结果
5微牛顿/米(橙色)，6
2微牛顿/米(蓝色)，和0
6微牛顿/米(金)
根据公式计算的相互作用能的相应有效哈马克常数
1(虚线),表面锚定能为64
5微牛顿/米(红色)，6
2微牛顿/米(青色)，和0
还显示了6微牛顿/米(黑色)
插图:探针胶体附近的液相色谱排序以及探针胶体和局部液相色谱导向器之间的角度α
学分:科学进步，doi: 10
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abb1327 该团队随后研究了双极液相色谱微粒内部有序化的理论预测，并计算了它们的吸引相互作用能量
他们注意到探针胶体和双极微粒之间的范德瓦尔斯相互作用在赤道区域更强，并且与实验观察一致
双极微粒附近的探针胶体所经历的介电响应的变化充当了强锚定能，范德华积分对这种表面锚定能特别敏感
Fuster等人
然后研究了探针胶体和聚合双极微粒之间的净相互作用能，作为吸引范德瓦尔斯和排斥双层相互作用的总和
为了进一步支持范德瓦尔斯相互作用可以由液相色谱微粒的内部构型编码的假设，研究小组制备了具有偶极对称性的液相色谱微粒
他们注意到这些微粒的ζ电势测量值产生了类似于聚合双极液晶微粒的值
根据实验结果，福斯特等人
证实了操纵微粒内的液相色谱排序提供了一种在微粒表面图案化范德瓦尔斯相互作用的通用方法
固定的径向前液晶微粒，它们的特性和理论预测
聚合的固定的径向前微粒的代表性(甲)明场和(乙)偏振光显微照片(双箭头表示偏振器的取向)
(三)说明(一)和(二)中微粒的内部排序
(四)用于表征吸附在聚合的固定的径向前微粒表面上的胶体位置的坐标系
(五)条:测量聚苯乙烯探针胶体的归一化表面密度，以吸附到聚合的固定的径向前微粒的表面
用121个聚合的液晶微粒和493个吸附的探针胶体从46个独立的实验中计算固定的径向前微粒数据
误差条是121个液相色谱微粒平均值的95%置信区间
三角形:在固定的径向前微粒上计算胶体密度，使用强垂直锚定强度进行评估
显微照片上的单箭头表示表面缺陷的位置
比例尺，15微米
学分:科学进步，doi: 10
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abb1327 就这样，H
A
福斯特和他的同事通过控制液相色谱内部的有序化和控制液相色谱微粒表面胶体吸附的动力学来表征各向异性的范德瓦尔斯相互作用
实验和支持计算表明，液晶微粒表面的范德瓦尔斯相互作用的空间变化高达20 KBT
这个数量级足以设计出由软材料组成的自下而上的组件
科学家们解释了与液晶微粒和探针胶体之间的范德瓦尔斯相互作用相关的实验观察
这些结果为将范德瓦尔斯相互作用编程为胶体软物质系统的一般而简单的方法奠定了基础，因为科学家可以改变液晶的顺序，并在一系列实验几何图形中操纵它们
本研究的原理将适用于一系列软物质现象，包括粘附和润湿表面，包括胶体组合体(如玻璃、晶体和凝胶)的形成
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